电容式的测量系统技术方案

描述了一种电容式的测量系统，其具有多个电容式的传感器(S1、S2)和评估电路(AS)，其中，所述电容式的传感器以单频的电压信号(U

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电容式的测量系统
本专利技术涉及一种电容式的测量系统，其具有多个电容式的传感器和评估电路，其中，以单频的电压信号加载所述电容式的传感器，其中，所述电容式的传感器的输出信号经由多信道模拟多路复用器交替地与同步整流器连接，并且其中，同步整流器的输出信号的信号放大能根据可接通的参考阻抗校准。
技术介绍
为了确定电容值，电容式的测量系统经常使用多频方法，这些多频方法使用电荷泵和积分器。在这种情况下，在多个周期内对与地面形成电容的导电表面进行充电，并将电荷存储在积分电容器中。在测量周期结束之后，接着评估积分电容器上的电压。这样的方法的缺点在于，借此很难测量大的电容。此外，当涉及干扰放射和干扰不敏感时，在电磁兼容性(EMV、EMC)方面存在局限。这尤其针对传感面大的情况。在这些方面，已经证明单频方法是有利的，在单频方法中，可以通过同步整流器频率选择地评估信号。
技术实现思路
本专利技术涉及一种电容式的测量系统，用于确定大的参考电容上的小的电容变化，其中，使用单频的测量信号。这样的测量系统例如通常可以在机动车中用于方向盘上的手部识别(探测手的放上/拿下)，用于识别座位占据情况，在电容式踏板的情况下，识别后备箱中的占用垫以及用于大面积开关。这种类型的电容式的测量系统由公开文献DE112014001880T5已知。在该文献中描述的电容式的检测设备具有天线电极，用于响应于馈入天线电极的交流电压而建立交流电场；以及评估电路，其具有转阻放大器，该转阻放大器通过将电流馈入天线电极使交流电压保持等于参考电压节点上的参考交流电压并测量电流。此外，评估电路具有微控制器和多路复用器，该多路复用器将天线电极交替地切换至转阻放大器的电流输入端和参考交流电压节点。微控制器配置成控制所述多路复用器。多路复用器和转阻放大器和与转阻放大器有效连接的低通滤波器共同形成一同步整流装置。转阻放大器的电流输入节点通过保护电容器与参考电压节点交流耦合。这种测量系统的不利之处在于，转阻放大器和多路复用器需要使用大量的有源元件，这些有源元件会受到环境条件、比如尤其是环境温度的显著影响。缺点也在于，不能在使用测量系统期间进行校准。在这里，方向盘传感器系统例如要求在校准过程期间放开方向盘。任务在于，提供一种同类型的测量系统，该测量系统在对外部干扰、尤其是温度影响的灵敏度较小的同时综合有高的测量灵敏度并且避免前面提到的缺点。该任务通过如下方式解决，即同步整流器由MOS半导体开关构造，该MOS半导体开关的源漏极路径形成由单频的电压信号控制的分路，并且模拟的多路复用器的至少一个信道设为用于传输由参考分压器产生的校准信号。通过源漏极路径构成受控的分路的MOS半导体开关构造同步整流器是特别有利的，因为在这种情况下，温度敏感的构件不接入信号路径。通过接通源漏极路径，测量信号的半波被切换到地并因此被切断。反之，剩余的半波保持完全不受已关闭的MOS半导体开关影响，从而单向整流也完全不受到环境温度影响。为了在信号评估时实现高灵敏度，借助比较电压进行评估，该比较电压的电平受至少一个校准信号影响。所述至少一个校准信号借助参考分压器产生，该参考分压器与测量系统的其余部分暴露于同样的环境条件，从而校准信号代表这些环境条件。特别有利的是，所述至少一个校准信号通过模拟的多路复用器的一个信道导向。由此，所述至少一个校准信号与传感器信号采用相同的信号路径。此外，有利的是，设有两个参考分压器，这两个参考分压器分别为上比较值和下比较值确定校准信号。也特别有利的是，不必为校准而中断传感器信号的周期式的评估，而是将校准作为评估周期的一部分定期地且类似“在中间”进行。附图说明接着借助附图示出并且详细阐述本专利技术。图中：图1示出电容式的测量系统的第一框图；图2示出电容式的测量系统的第二框图；图3示出用于构建方向盘传感器系统的草图。具体实施方式图1示出一框图，该框图示意性地示出按照本专利技术的电容式的测量系统的功能组件。在机动车的方向盘LR上例如设置六个在这里未详细示出的电容式的传感器，这些传感器共同构造成方向盘传感器系统LS，其用于识别通过人的手或尤其通过手指F触碰方向盘LR。方向盘传感器系统LS的构建原理在图3中粗略地示出。方向盘传感器系统LS包括导体L和绝缘体I的交替分层的布置结构，所述导体和绝缘体作为薄膜或者金属网设置在方向盘轮缘上或者围绕方向盘轮缘设置，并且必要时也设置在方向盘的方向盘辐条上或者围绕方向盘辐条设置。所述导体L优选均由铜箔或金属网制成，所述绝缘体I由塑料薄膜制成。导电的方向盘芯被标为Core。在所述核心上由绝缘体I分隔地设置有屏蔽导体，该屏蔽导体在这里标为Shield。导体L的最上方的层由多个并排设置的传感薄膜SF1、SF2形成，与其他的导体L不同，这些传感薄膜不是连续地而是以多个分隔并排的区段设置在方向盘LR上并且具有不同的形状和尺寸。图3中示出的草图尤其示出两个电容式传感器S1、S2的布置结构。通过添加其他传感薄膜SF1、SF2可以将传感器S1、S2的数量简单地提高到预设的值。传感器S1、S2共享屏蔽电极Shield，该屏蔽电极规定用于将传感薄膜SF1、SF2与方向盘LR的接地金属芯屏蔽。为此，屏蔽电极Shield与传感薄膜SF1、SF2重叠地设置。图1中示出的方向盘传感器系统LS仅示例性地构造成具有六个设置在方向盘LR上的电容式的传感器，所述传感器在图1中未详细示出。总共六个连接线路LSensor从方向盘LR上的传感器导向至评估电路AS。这些连接线路LSensor与传感薄膜SF1、SF2连接。此外，分别存在导向屏蔽薄膜Shield的连接线路LShieid和导向方向盘的金属芯的连接线路LCore。相应设置的连接线路的数量在图1中分别通过括号中的参数(例如6x)表明。在评估电路AS中，导向方向盘芯的连接线路LCore经由接地电阻与汽车接地线GND连接。导向屏蔽薄膜Shield的屏蔽线路LShield与正弦信号产生设备SIN的输出端耦合并且用于将单频的正弦信号Usin接入方向盘传感器系统LS中。六个传感器线路LSensor在评估电路AS中分别导向至模拟的多路复用器MUX的一输入端。在这里作为八信道示出的多路复用器MUX的另外两个输入端通过中间接口分别占据两个参考分压器REF中的一个参考分压器。多路复用器MUX由配属于评估电路AS的微控制器MC控制。通过如下方式可以实现模拟的多路复用器MUX的一种特别简单且低成本的实施方案，即所述模拟的多路复用器包括一定数量的可控制的模拟开关，该数量对应于预设的信道数量，所述模拟开关分别经由微控制器MC的可编程的通用接口GPIO(通用输入输出接口)交替地周期式地操控。基于EMV将单频的正弦信号Usin用作用于设置在方向盘LR上的方向盘传感器系统LS的测量信号，所述单频的正弦信号具有数量级为100kHz的频率。为了生成正弦信号Usin，使用三个中央的脉冲宽度调制信号PWM，这些信号完全由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电容式的测量系统，其具有多个电容式的传感器(S1、S2)和评估电路(AS)，/n其中，以单频的电压信号(U

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180203 DE 102018000884.41.电容式的测量系统，其具有多个电容式的传感器(S1、S2)和评估电路(AS)，
其中，以单频的电压信号(Usin)加载所述电容式的传感器(S1、S2)，
其中，所述电容式的传感器(S1、S2)的输出信号(Sout)经由多信道的模拟的多路复用器(MUX)交替地与同步整流器(SG)连接，并且
其中，所述同步整流器(SG)的输出信号(SGout)的信号放大能根据可接通的参考阻抗(REF)校准，
其特征在于，
所述同步整流器(SG)通过MOS半导体开关(FET)构造，所述MOS半导体开关的源漏极路径(SD)形成由所述单频的电压信号(Usin)控制的分路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尔本·泽莱尼，简·弗赖瓦尔德，乌韦·伯格曼，
申请(专利权)人：科世达汽车电气有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE